剖析混合动力汽车48V技术方案

    油电混合动力汽车是由传统内燃机和电机共同提供动力来源的新一代新能源汽车，具有低排放、低油耗、高动力输出等优点。根据电机与传统内燃机的功率比例，可分为强混，中混和弱混。
    48V BRS（Boost recuperation system）系统作为弱混技术mHEV（mild hybrid electric vehicle ）的一种，将是未来十年内性价比最高的新能源汽车技术解决方案。48V BRS系统相比传统内燃机汽车主要新增48V 助力回收电机（BRM， Boost Recuperation Machine），48V/12V直流功率转换器（PCU，Power Conversion Unit）和48V锂电池三个核心零部件，具有起停、能量回收、加速助力、电动爬行等功能。传统内燃机汽车，搭载第一代48V系统（电机通过皮带轮与发动机集成）节油率8~12%，搭载第二代48V系统（电机与变速箱集成）预计节油率12~19%。
    一、48伏的由来
    1）48伏是什么
    48伏是指系统额定直流电压，并非永远稳定在48V；根据LV148定义如下图所示：
   

    48伏电池电压会随着SOC（剩余电池容量）的变化而变化，例如电池常温下SOC从10％到100％，开路电压为32.5V～49.8V；
    BRM电机的助力、能量回收模式也会导致48V的电压上升或者下降，当电池SOC较高时，给电池充电，需要的电压往往都会高于50V；
    直流电压不是一根直线，是存在波动的，关于直流电压允许的波动，欧洲的法规规定波动部分的有效值（即去掉均值后的等效值）要小于电压均值的10％，才算作直流电压；
    2）为什么是48V
    60V是安全电压，根据上文提到留出10％的余量，系统允许工作的最高电压就是54V，再考虑1）中提到的电池自身电压变化和能量回收模式会使电压抬升，再留一定的余量就变成48V了。
    48V名称由来也可能还有一些历史原因。
    二、48伏关键零部件简介
    48V BRS电气网络典型连接图如下。除了BRM电机、直流转换器、48伏电池等主要零部件外，市面上48V电气负载概念产品也屡见不鲜，如48V电动增压器、48V电动加热催化器等，对48V系统的功能扩展以及推广使用也具有积极作用。
   

    1）助力回收电机（BRM）
    典型助力回收电机如下图所示，既可以用来发电，也可以助力为车辆提供前进动力，甚至还能在48伏动力电池组驱动下快速起动发动机。BRM一般选用爪极电机，汽车上替代传统14伏发电机。
   

    2）电力转换单元（PCU）
    典型电力转换单元如下图所示，双向DC/DC变换器在48V助力回收系统中连接高压网络（《60V）和12伏网络。能量可以从高压网络向低压网络传输，对14伏网络供电；也可以从低压网络向高压网络传输，为BRM起动、助力、回收供电。
   

    3）动力电池（48V battery）
    典型48V锂电池如下图所示，主要用于为BRM提供48V电压，制动能量回收存储能量，特定情况下为12伏电气网络提供能量。
   

    三、48伏系统收益
    近些年环境污染加剧、雾霾天肆虐，国家和地方政府对减少机动车排放污染和改善环境空气质量迫在眉睫，国家四阶段企业平均油耗要求、京六法规草案的出现，将会助推48V BRS系统业务的大规模普及。
    48V系统基本功能如下图所示，下文为大家介绍第一代48V系统技术四大主要功能：滑行起停、能量回收、电机助力及电爬行（纯电驱动）。
   

    1）滑行起停
    车辆在滑行过程中（松开油门踏板、制动踏板）切断发动机动力使其熄火、断开传动系统，既能节省燃料又能增加车辆滑行距离；在车速较低或者踩刹车时，通过BRM快速起动发动机、回收能量
   

    2）能量回收
    当驾驶员制动车辆时，BRM通过发电扭矩回收制动能储存能量。
   

    3）电机助力
    当驾驶员的需求扭矩超出当前发动机可提供的扭矩上限时，BRM电机提供额外的扭矩/功率用于加速助力。Boost，即加速助力模式可提升车辆加速性能，尤其涡轮增压发动机，当发动机转速较低时补偿发动机扭矩不足。
   

    4）电爬行
    电爬行，即在车辆低速行驶动力仅由电机提供，不起动发动机。可在城市拥挤道路下，降低汽车排放。
    目前国内已经多有多家主机厂正在开发搭载48V系统的混合动力车辆，预计最早从2017年开始陆续上市，这套低成本节能减排系统会逐步走入大家的生活。